Alport Syndrom und familiäre benigne Hämaturie
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Alport Syndrom und familiäre benigne Hämaturie: Eine Übersicht über hereditäre Erkrankungen des Typ IV Kollagens der Gefäßbasalmembranen Oliver Gross, Marie -Louise Koepke, Manfred Weber Medizinische Klinik I Kliniken der Stadt Köln, Krankenhaus Merheim Medizinische Fakultät der Universität zu Köln Ostmerheimer Str. 200 51109 Köln Deutschland Telefon 49-221-8907-3200 Fax 49-221-8907-3335 e-mail [email protected] homepage: www.alport.de Zusammenfassung Das Alport Syndrom (AS) ist eine hereditäre Nephropathie, die mit einer progredienten Niereninsuffizienz, Innenohrschwerhörigkeit in 60-80% und spezifischen Augenveränderungen in 25-40% der Fälle einhergeht. Histologisches Charakteristikum ist eine verdickte und aufgesplitterte glomeruläre Basalmembran (GBM). Mutationen der α5-Kette des Typ IV-Kollagens bedingen das X-chromosomale AS (85% der Patienten), solche der α3- und α4(IV)-Ketten das autosomale AS (homozygot) und die familiäre benigne Hämaturie (FBH, heterozygot). Leitsymptom der FBH und der heterozygoten ASCarrier ist die Hämaturie. Fast 1% der Gesamtbevölkerung sind heterozygote Mutationsträger in einem autosomalen Alport-Gen und haben damit eine FBH, die im höheren Alter in 5-20% auch zur Niereninsuffizienz führen kann. Eine durch Mutation verkürzte α(IV)-Kette führt beim AS im Mittel im Alter von 20 Jahren zum Nierenversagen und häufiger zu extrarenalen Symptomen als Mutationen, die "nur" die dreidimensionale Kollagenstruktur beeinflussen (Alter bei Nierenversagen im Mittel um 30 Jahre). So ergänzt die Molekulargenetik die Familienberatung und kann die Nierenbiopsie in vielen Fällen ersetzen. Der Mutationsnachweis ermöglicht eine frühe Diagnosestellung noch im Stadium der isolierten Hämaturie und damit eine frühe medikamentöse Intervention. Die präemptive Gabe von Ramipril im AlportMausmodell noch vor Beginn der Proteinurie verlängert das Überleben bis zum Nierenversagen um über 100%. Die Daten aus dem Tiermodell deuten darauf hin, dass auch bei Kindern mit AS die präemptive Therapie mit Ramipril das Auftreten des Nierenversagens um mehr als 15 Jahre herauszögern kann. Eine frühe Diagnosestellung mit Hilfe der Molekulargenetik und eine entsprechend frühe präemptive Therapie vor dem Auftreten der Proteinurie bei Kindern mit AS erscheint anhand dieser Daten sehr wichtig. Die molekulargenetische Diagnostik in den außerordentlich großen Kollagengenen wird in Deutschland als einzigem Land weltweit professionell angeboten. Die letztlich noch unklaren Schritte in der Pathogenese des AS, die vom Gendefekt bis hin zur terminalen Nierenfibrose führen, werden derzeit ebenso wie weitere therapeutische Interventionsmöglichkeiten mit Hilfe von Alport-Tiermodellen intensiv erforscht. Schlüsselwörter Alport Syndrom, familiäre benigne Hämaturie, Typ IV Kollagen, hereditäre Nephropathien, GenotypPhänotyp-Korrelation, molekulare Genetik Alport syndrome and familial benign hematuria: hereditary diseases of type IV collagen in basement membranes Summary Alport syndrome (AS) is a hereditary nephropathy, leading to end stage renal failure (ESRF), hearing loss in 60-80%, and ocular lesions in 25-40%. Numerous mutations in the COL4A5 gene encoding the α5chain of type IV collagen have been described to cause X-linked AS. Mutations of the α3(IV)- or α4(IV)chain cause autosomal AS (homozygous patients) and benign familial hematuria (BFH) in heterozygous form. Hematuria is the characteristic symptom of BFH and heterozygous AS-carriers. Almost 1% of the population are heterozygous carriers for mutations in the autosomal Alport-genes and have a familial benign hematuria, progressing to renal failure in 5-20%. Mutations shortening the α(IV)-chain results in an onset of ESRF at a mean age of 20 years and increased prevalence of extrarenal symptoms than mutations altering the quarterny structure of type IV collagen (mean age at onset of ESRF about 30 years). Mutation-analysis adds significant information for genetic counseling and can replace renal biopsy in many cases. Molecular-genetic diagnosis before onset of proteinuria allows early medical intervention. Preemptive therapy with the ACE-inhibitor ramipril in an Alport-mouse model prolonged lifespan until death from renal failure by more than 100%. These data from the animal model revived hope that an early therapy before onset of proteinuria might delay renal failure in humans by more than 15 years. According to the results from the animal model, an early diagnosis by molecular-genetic methods allowing a preemptive therapy seems to be very important. Mutation-analysis within the very large collagen-genes is offered in Germany on a professional basis. The chain of events in AS leading from a defective basement membrane to progressive renal fibrosis, however, remains unclear and is subject of further studies as well as the search for other options in therapeutic interventions in AS using animal models. Keywords Alport Syndrome, familial benign hematuria, type IV collagen, hereditary nephropathy, genotypephenotype-correlation, molecular genetic Klinik 1927 beschrieb A.C. Alport erstmals eine progressive hereditäre Nephropathie, begleitet von Innenohrschwerhörigkeit und Augenveränderungen (1). Die heute gültigen Diagnosekriterien des Alport Syndroms (AS) umfassen eine positive Familienanamnese (Hämaturie), Innenohrschwer-hörigkeit, Augenveränderungen und charakteristische ultrastrukturelle Veränderungen der glomerulären Basalmembran (Abbildung 1). Zur Diagnosestellung werden drei von vier Kriterien gefordert. Bei unterschiedlicher Penetranz der einzelnen Symptome ist die Krankheit phänotypisch heterogen. Dies erschwert insbesondere bei jungen Patienten mit noch wenigen Symptomen eine sichere Diagnosestellung allein anhand der klinischen Symptomatik. Je nach Alter bei Erreichen der terminalen Niereninsuffizienz unterscheidet man eine juvenile (<31 Jahre) und eine adulte (>31 Jahre) Verlaufsform (2). Histologisch lassen sich hauptsächlich Veränderungen im Bereich der glomerulären Basalmembran (GBM) nachweisen. Die typische trilaminäre Struktur der GBM mit einer zentralen Lamina densa und zwei Laminae rarae ist zerstört. Bereich der Lamina densa imponiert eine netzartige bis korbgeflechtartige Strukturveränderung der insgesamt verdickten (in der Frühphase auch verdünnten) Basalmembran (3). Das typische, meist einzige Symptom des heterozygoten Merkmalträgers des X-chromosomalen und autosomal-rezessiven Alport Syndroms ist die (Mikro-) Hämaturie, seltener die Proteinurie. Die Mikrohämaturie ist den Konduktoren aufgrund der fehlenden klinischen Symptomatik oft nicht bewußt, aber ein mit dem Urinstix leicht festzustellendes, wichtiges Diagnosekriterium. 10-25% haben eine intermittierende Makrohämaturie oder Innenohrschwerhör igkeit. Augen-veränderungen wie Lenticonus sind selten (Abbildung 1). Eine verdünnte glomeruläre Basalmembran ist das Charakteristikum der familiären benignen Hämaturie (FBH, thin basement membrane disease) (4). Die Krankheit ist durch eine Hämaturie, seltener auch intermittierende Mikrohämaturie, gekennzeichnet und führt bei 5-20% der Patienten im höheren Alter zur Nierenfunktionseinschränkung (Abbildung 1). Demnach ist die FBH bei jungen Patienten vom frühen Alport Syndrom, insbesondere heterozygoten Anlageträgern, klinisch und oft auch histologisch nicht zu unterscheiden. Genetik Die Vererbung des Alport Syndroms erfolgt in über 85% der Fälle X-chromosomal (3). In 10-15% scheint durch die frühe schwere Erkrankung bei Frauen und durch Vererbung von Vater auf Sohn jedoch ein autosomaler Erbgang wahrscheinlich. Je nach Größe der Population bzw. Grad der Blutsverwandtschaft wird die Prävalenz des X-chromosomalen AS auf 1:5.000 (Utah, USA) bis 1:10.000 geschätzt (2). 1-2% der Patienten mit dialysepflichtiger Niereninsuffizienz sind am AS erkrankt. Möglicherweise ist die Prävalenz im Dialysekollektiv größer, da nach eigenen Analysen zahlreiche Patienten bei nicht vorhandener Elektronenmikroskopie als membranoproliferative Glomerulonephritis fehlgedeutet werden. Das AS ist demzufolge nach der Zystennierenkrankheit die zweithäufigste erbliche Ursache einer terminalen Niereninsuffizienz. Die Prävalenz des autosomal-rezessiven AS liegt bei 1:50.000. Bei vermutlich ausschließlich rezessivem Erbgang beträgt die Heterozygotenhäufigkeit für Mutationen im COL4A3- oder COL4A4-Gen unter 1:120 (5). Die Anzahl der Neumutationen liegt beim X-chromosomalen und autosomal-rezessiven AS bei 15% (Abbildung 4). Die Vererbung des Merkmals Mikrohämaturie bei der FBH folgt einem autosomal dominanten Erbgang. Der Phänotyp der FBH ist nicht von dem heterozygoter AS-Carrier zu unterscheiden. Vermutlich ist die Mikrohämaturie daher nur Charakteristikum von heterozygoten Merkmalsträgern eines in Wahrheit autosomal rezessiven Erbgangs. Die Prävalenz der FBH ist nicht genau bekannt. 5-10% sämtlicher Nierenbiopsien haben als elektronenmikroskopischen Befund "thin basement membrane", über 30% von jugendlichen Patienten mit asymptomatischer Hämaturie weisen diese Diagnose auf. Bei 92% dieser Patie nten findet man eine positive Familienanamnese bezüglich Hämaturie; unabhängig von Geschlecht sind etwa 47% der Familienmitglieder sind betroffen (4). Molekularbiologie und Diagnostik 1989 wurde ein neues Gen kloniert, welches für ein bis dahin unbekanntes α(IV)-Protein kodierte. Das dazugehörige Gen (COL4A5) konnte auf dem X-Chromosom (Xq22, siehe Abbildung 2) lokalisiert werden (6). Kurz darauf wurden bei Alport-Patienten drei verschiedene pathogene Mutationen im COL4A5-Gen nachgewiesen (7). Mittlerweile sind über 300 Mutationen in der Literatur beschrieben (8). Die Mutationen verteilen sich über das gesamte Gen und reichen von Punktmutationen bis hin zu größeren Deletionen (Abbildung 2 und 3) (8-11). Deletionen, die das COL4A5 Gen und Teile des Kopf an Kopf anliegenden COL4A6 Gens umfassen, verursachen den Phänotyp eines AS mit Leiomyomatose. Mutationen der ubiquitär in Basalmembranen vorkommenden α1- und α2-Ketten des Typ IV Kollagens sind nicht bekannt. Vermutlich sind die betroffenen Individuen nicht lebensfähig (Abbildung 3). Das autosomal-rezessive AS wird durch Mutationen in den COL4A3- und COL4A4-Genen verursacht. Bei einer Familie mit FBH konnte ebenfalls eine Mutation im COL4A4-Gen nachgewiesen werden (12). Im gleichen Gen konnte unsere Arbeitsgruppe in einer Großfamilie mit familiärer benigner Hämaturie eine Mutation beschreiben (13). Beide Eltern und zahlreiche Verwandte besitzen die gleic he Mutation in heterozygoter Form, ihre Vorfahren sind blutsverwandt. Ihre Kinder haben auf beiden Allelen eine pathogene Mutation (compound heterozygot bzw. homozygot) und sind am Alport Syndrom erkrankt. So konnte der kausale Zusammenhang des autosomal-rezessiven AS und der BFH auf molekulargenetischer Ebene gezeigt werden. Bei einer Heterozygotenhäufigkeit für Mutationen der α3- und α4(IV)-Ketten von unter 1:120 ist zu vermuten, daß viele Patienten mit BFH heterozygote Merkmalsträger eines autosomal rezessiven AS sind. Die BFH wird somit in Unkenntnis der molekularbiologischen Zusammenhänge möglicherweise irrtümlich als eigenes Krankheitsbild eingeordnet. Die COL4A3, 4 und 5 Gene bestehen aus 51 (52) Exons von insgesamt über 5 kb und erstrecken sich auf fast 250kb genomische DNA. Da die Mutationen zufällig über das gesamte Gen verteilt sind, stellt die Mutationssuche einen großen zeitlichen und finanziellen Aufwand dar. Deutschland bietet als einziges Zentrum weltweit eine Routinediagnostik in dem X-chromosomalen und autosomalen Alport-Genen innerhalb von 8 Wochen an (www.moldiag.de), die – aufgrund ihrer Bedeutung für eine präemptive Therapie - in den meisten Fällen von den Krankenkassen bezahlt wird. Ein weiteres diagnostisches Instrument stellt der immunhistochemische Nachweis von α3-, α4- und α5Ketten in der epidermalen Basalmembran dar. Das Fehlen der α(IV)-Ketten bzw. ein mosaikartiges Auftreten bei heterozygoten Anlageträgerinnen gilt heute als Hinweis, jedoch nicht als Beweis, für das Vorliegen eines AS (15). Bei deutlich mehr als 50% der Patienten mit molekulargenetisch nachgewiesenem AS sind die α(IV)-Ketten immunhistochemisch jedoch nachzuweisen, da das Genprodukt nur mit kleinen Strukturfehlern behaftet ist. Die hohe Anzahl an missense-Mutationen, die zu einem nur leicht veränderten Genprodukt führen, erklärt die niedrige Sensibilität der Immunhistochemie von unter 50%. Insbesondere bei der Diagnostik von heterozygoten Anlageträgerinnen scheint deshalb die hohe Rate an falsch positiven und falsch negativen Ergebnissen für den Kliniker nicht akzeptabel. Diese Methode wird daher in Deutschalnd zur Diagnosestellung nicht angewandt. Die molekulargenetische Diagnostik des autosomalen AS und der FBH wird in Deutschland ebenfalls professionell angeboten (Einzelheiten unter www.alport.de und www.moldiag.de) und erscheint bei ausgesuchten Fragestellungen (Differentialdiagnose einer isolierten Hämaturie etc.) auch sinnvoll. Bei bekannter Mutation kann die Untersuchung weiterer Familienmitglieder innerhalb weniger Tage erfolgen. Diese Diagnostik wird in spezialisierten Zentren bereits klinisch angewandt und besitzt gerade bei phänotypisch noch unauffälligen Merkmalsträgern und in der Pränataldiagnostik einen hohen prädiktiven Wert. Der Anteil von Neumutationen (10-15%) ist zu berücksichtigen. Eine humangenetische Beratung jeder Alport Familie wird empfohlen, da oft die bloße Kenntnis des Erbgangs mit Vererbungsregeln und die einfache Diagnostik der asymptomatischen Carrier mittels Urinstix den betroffenen Familienmitgliedern die unbegründete Furcht vor nierenkranken Nachkommen zu nehmen vermag. Laienhafte falsche Beratungen haben bereits zu Abtreibungen bis hin zu Sterilisationen bei teilweise sogar nicht erblichen Nierenerkrankungen geführt. Pathogenese Grundbaustein des Typ IV Kollagen Netzwerkes ist ein aus jeweils drei der sechs α-Ketten bestehendes Molekül (Monomer) (10, 15-17). Jeweils zwei Moleküle treten am C-terminalen Ende über die evolutionär hochkonservierte NC1 Domäne ("non-collagenous") zusammen (Dimer, Abbildung 2). Am N-terminalen Ende verbinden sich vier Moleküle (Tetramer). Die α1-/α2- und α3-/α4-Netzwerke bestehen separat nebeneinander und sind durch Interaktionen von NC1 End-zu-End verbunden. Das dadurch entstandene Kollagen-Netzwerk wird weiter verdrillt und durch Disulf idbrücken zusätzlich stabilisiert. Neben der NC1-Domäne besteht das Typ IV Kollagen aus einem sehr langen Kollagenschwanz. Die einzigartige Tripel-Helix Struktur dieses Schwanzes wird durch eine spezielle Aminosäurensequenz ermöglicht: jede dritte Aminosäure ist Glycin. Nur Glycin paßt als kleinste Aminosäure in die inneren Windungen der triple -Helix. Durch Abknicken der Tripel-Helix-Struktur (Glycin-Mutationen) oder Verkürzung des Genproduktes (premature stop codon, größere Deletionen, nonsense-Mutationen) kommt es zum defekten dreidimensionalen extrazellulären Aufbau der Basalmembran mit Aufsplitterungen und Lamellierungen der GBM. Als Ersatz für die defekten α3α5(IV)-Ketten werden α1- und α2(IV)-Ketten eingebaut. Ob die defekten Typ IV Kollagen TripelHelices zusätzlich proteolytisch degradiert werden, wie dies bei der Osteogenesis imperfecta (einer Typ I Kollagen Erkrankung) der Fall ist, ist nicht geklärt. Die einzelnen Schritte in der Pathogenese von der defekten glomerulären Basalmembran zur Vernarbung und Untergang der Nephrone, die letztlich zur terminalen Niereninsuffizienz führen, sind derzeit jedoch noch ungeklärt. Korrelation zwischen Genotyp und Phänotyp Unter Mitarbeit unserer Arbeitsgruppe wurden im Rahmen der von der EU geförderten "European Communities Alport Syndrome Concerned Action" (ECASCA, BMH1-CT93-1052) Daten von über 400 Alport Patienten und mehr als 600 Überträgern zusammengetragen. Über 300 in der Literatur beschriebene Mutationen erlauben beim AS erste Aussagen über die Beziehungen zwischen Genotyp und Phänotyp: Mutationen, welche „lediglich“ die Proteinstruktur verändern (in frame-, missense-Mutationen) führen zu einer milderen Verlaufsform der Erkrankung als Mutationen, die eine Verkürzungen des Proteins (frameshift-, nonsense-, large rearrangement-Mutationen) bewirken (Abbildung 4 und 6). Letztere Mutationen führen fast ausschließlich zur juvenilen Verlaufform des AS mit einem Durchschnittsalter bei Erreichen der terminalen Niereninsuffizienz von unter 20 Jahren. Die Alport Patie nten mit veränderter Proteinstruktur erreichen hingegen später die terminale Niereninsuffizienz (ca. 25 Jahre) und leiden seltener an Innenohrschwerhörigkeit und Augenveränderungen (8, 11). Eine Sonderstellung nehmen die Glycin-Substitutionen ein. Sie sind mit Abstand die häufigsten Mutationen (Abbildung 4) und führen vermutlich zu einem Abknicken der triple -Helix Struktur des Typ IV Kollagens. Je weiter in Richtung des N-terminalen Endes die Mutation liegt, desto milder erscheint die Verlaufsform der Erkrankung. Bei Mutationen im Bereich der Exons 1-20 erreichen die betroffenen Patienten durchschnittlich erst mit über 30 Jahren die terminale Niereninsuffizienz. Dieser zum Teil deutlich mildere klinische Verlauf erklärt auch die hohe Anzahl der Glycin-Mutationen bei vergleichsweise geringer Neumutationsrate (5,5% Glycin-Mutationen versus 13,9% alle anderen Mutationen): Die Patienten erkranken erst nach ihrer Reproduktionsphase an der terminalen Niereninsuffizienz und können die Mutation so weitervererben, während die Patienten mit einer verkürzten α-Kette durchschnittlich über 10 Jahre früher dialysepflichtig werden (Abbildung 6) (8). Auf diese Weise erweitert die Kenntnis der pathogenen Mutation die humangenetischen Beratungmöglichkeiten mit Aussagen über den wahrscheinlichen klinischen Verlauf der Nierenerkrankung und die Wahrscheinlichkeit von extrarenalen Symptomen, noch bevor die ersten Stigmata der Erkrankung klinisch auffällig werden. Die molekulargenetische Diagnostik kann aufgrund des sicheren Zusammenhangs zwischen pathogener Mutation und Krankheitsverlauf den betroffenen (Klein-)Kindern unter Umständen eine Nierenbiopsie ersparen. Daten von fast 300 Patientinnen aus der ESCASCA-Arbeitsgruppe deuten darauf hin, daß auch die Überträgerinnen des X-chromosomalen Alport-Syndroms ein erhöhtes Ris iko haben, an einer chronischen Niereninsuffizienz zu erkranken (18). 15-20% der Überträgerinnen haben im Alter von 60 Jahren eine Nierenfunktionseinschränkung (Abbildung 5). Die Datenmenge reicht nicht, um spezifische Mutationen mit dem erhöhten Risiko einer chronischen Niereninsuffizienz in Verbindung zu bringen. Allerdings scheinen neben dem Genotyp insbesondere nephrotoxische Medikamente wie Analgetika oder eine langjährige Hypertonie eine wichtige Rolle bei der Schwere der Ausprägung des Phänotyps zu spielen. Die Patientinnen müssen über dieses erhöhte Risiko einer Nierenfunktionseinschränkung im höheren Alter aufgeklärt werden. Von einer Lebend-Nierenspende ist den Carrierinnen auch bei asymptomatischer Mikrohämaturie aufgrund der vorgeschädigten Nieren abzuraten. Der Phänotyp der benignen familiären Hämaturie entspricht dem des heterozygoten Carriers des autosomal rezessiven Alport Syndroms und charakterisiert wahrscheinlich die gleiche Entität. Die noch geringe Anzahl an beschriebenen Mutationen in den COL4A3-und COL4A4-Genen erlaubt derzeit keine weitere Analyse der Genotyp/ Phänotypbeziehung. Verschiedene heterozygote Carrier aus Großfamilien mit ein und derselben Mutation können jedoch ein unterschiedliches klinisch führendes Spektrum aufweisen, von der typischen persistierenden Mikrohämaturie über eine intermittierende, infektassoziierte Mikrohämaturie bis hin zur frühen Innenohrschwerhörigkeit bei überwiegend normale m Urinstatus (5). Therapie und Transplantation Der Verlauf des Alport Syndroms wurde bis vor kurzem als schicksalhaft angesehen, obwohl die Molekulargenetik eine frühe Diagnose noch vor Ausbruch der Erkrankung im Kleinkindesalter ermöglicht. Zur Zeit hat keine medikamentöse Therapie beim Menschen einen nachgewiesenen Einfluß auf die Schwere der Erkrankung und deren Verlauf. Dieser Mangel an therapeutischen Möglichkeiten erklärt sich zum einen durch den jahrzehntelangen Krankheitsverlauf, der die Erforschung rascher Interventionsmöglichkeiten verhindert. Zum anderen ist die eigentliche Pathogenese der Erkrankung noch ungeklärt. Diese Situation hat sich in den letzten Jahren grundliegend geändert, seitdem COL4A3 -/- Mäuse als Tiermodell für das humane AS etabliert wurden (19). Wie beim Menschen führt die Mutation in einer αKette des Typ IV Kollagens bei der Maus zum fehlenden Einbau der α3, α4, und α5(IV)-Ketten. So imitiert das Mausmodell den Phänotyp des humanen AS vollständig im Zeitraffer von 10 Wochen (13). Das Mausmodell ermöglichte unserer Arbeitsgruppe erstmals Interventionsstudie n zur präemptiven Therapie des AS mit ACE-Hemmern (Ramipril) (13), AT1-Antagonisten (Candesartan, submitted 2003) und mit CSE-Hemmern (Cerivastatin, abstract, GfN, Düsseldorf 2002). Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Nierenstiftung. Die unbehandelten Alport-Mäuse sterben nach 71±6 Tagen am terminalen Nierenversagen. Die frühe Ramipril-Therapie verzögerte das Auftreten von Urämie und Proteinurie und deren Ausmaß. Das Überleben der Tiere verlängerte sich um mehr als 100% (p<0.01; Abbildung 7). Parallel hierzu reduzierte die Ramipril-Therapie die Deposition von extrazellulärer Matrix und die interstitielle Fibrose deutlich über Downregulierung von TGFβ1. Möglicherweise ist die Hemmung der Nierenfibrosierung ein blutdruckunabhängiger zusätzlicher „nephroprotektiver“ Effekt der ACE-Hemmer, der sie von anderen Antihypertensiva unterscheidet. Diese nephroprotektive Wirkung ist entscheidend abhängig vom Zeitpunkt des Beginns der Therapie. Für den AT1-Antagonisten und den CSEHemmer konnte ebenfalls eine – allerdings geringer ausgeprägte – nephroprotektive und antifibrotische Wirkung bei Alport-Mäusen nachgewiesen werden (Abbildung 7). Unsere Arbeitsgruppe konnte zeigen, dass entscheidende Schritte in der Pathogenese der progredienten Nierenfibrose der COL4A3 knockout Maus denen des humanen Alport Syndroms gleichen: fehlender Einbau der α3, α4, und α5-Kette des Typ IV-Kollagens, Aufsplitterung und Verbreiterung der glomerulären Basalmembran, Podozytenaktivierung, periglomeruläre und tubulointerstitielle Matrixakkumulation, Akkumulation und Aktivierung von Fibroblasten, Regulierung beispielsweise über TGFβ und verschiedene MMPs. Damit deuten die Daten aus dem Tiermodell darauf hin, dass auch beim Menschen die präemptive Therapie mit Ramipril das Auftreten des Nierenversagens um mehr als 15 Jahre herauszögern kann. Eine frühe Diagnosestellung mit Hilfe der Molekulargenetik und eine entsprechend frühe präemptive Therapie vor dem Auftreten der Proteinurie bei Kindern mit Alport Syndrom erscheint anhand dieser Daten sehr wichtig. Nach der derzeitigen Datenlage empfehlen wir bei Kindern mit AS unter regelmäßiger kindernephrologischer Betreuung die Gabe von Ramipril in hoher Dosierung ab dem Grundschulalter noch vor Auftreten der Proteinurie. Alternativ kann ein AT1-Antagonist gegeben werden, allerdings nur, wenn die Nebenwirkungen von Ramipril dies erforderlich machen, er ist weniger wirksam. Bei grosser Proteinurie mit Dyslipoproteinämie sollte aufgrund der antifibrotischen Eigenschaften zusätzlich die Gabe eines Statins erwogen werden. Die Eltern der Kinder sollten über ein erhöhtes Risiko des akuten Nierenversagens unter ACE-Hemmung bei gleichzeitig bestehenden Durchfallerkrankungen und von Rhabdomyolysen unter Statin therapie informiert werden. Um die Möglichkeiten der präemptiven, nephroprotektiven Therapie mit Ramipril effektiv in die klinischen Alltag zu übertragen, bietet die Medizinische Klinik I, Kliniken der Stadt Köln (Prof. Dr. M. Weber), in Kooperation mit der Kindernephrologie der Universität zu Köln (Prof. Dr. D. Michalk) betroffenen Familien eine Spezialsprechstunde an (Kontakt per e-mail: [email protected]). Die molekulargenetische Diagnostik erfolgt professionell in einem Untersuchungszeitraum von 6-8 Wochen (Einzelheiten unter www.alport.de oder www.moldiag.de). Um europaweit Daten über den erhofften Erfolg der präemptiven Therapie zusammentragen zu können, bitten wir alle Kollegen, uns Kinder mit Alport Syndrom zu melden, bei denen eine Ramipril-Therapie (idealerweise vor Auftreten der Proteinurie) begonnen werden soll oder bereits begonnen wurde. Nur so kann in den nächsten Jahren der Erfolg der Therapie überprüft werden. Gegenwärtig werden in Kooperation mit verschiedenen Arbeitsgruppen an dem Alport-Tiermodell die nephroprotektiven und antifibrotischen Eigenschaften von Vasopeptidase-inhibitoren, Endothelin- und Chemokinrezeptorantagonisten untersucht. Diese Daten werden uns weitere Einblicke in die Möglichkeit der Prävention und Therapie auch von anderen chronisch progredienten Nierenerkrankungen ermöglichen. Die Möglichkeiten einer Gen-Therapie werden unter Mitarbeit unserer Arbeitsgruppe erforscht. Sie stoßen in erster Linie noch auf technische Grenzen beim Einbringen der Genfähren (20). Eine spezielle Therapie der familiären benignen Hämaturie gibt es nicht. Wir empfehlen den Patienten jährliche Kontrolluntersuchungen beim Nephrologen bezüglich Hypertonie und Proteinurie, eine strenge Blutdruckeinstellung vorzugsweise mit einem ACE-Hemmer, und die Vermeidung nephrotoxischer Medikamente. Das Überleben des Nierentransplantates bei Alport Patienten ist vom Genotyp unabhängig (ECASCA, unveröffentlichte Daten). Das Gesamtüberleben und das Transplantatüberleben scheint aufgrund des jungen Alters bei Alport Patienten verglichen mit der Gesamtpopulation an Dialysepatienten besser zu sein. Von 191 in Europa transplantierten Patienten entwickelten weniger als 3% eine anti-GBM Nephritis, die zum schnellen Transplantat-Verlust führte (ECASCA, unveröffentlichte Daten). Welche Patienten eine Transplantat-GBM-Nephritis entwickeln, ist ungeklärt. Möglicherweise entscheiden alloantigenreaktive T-Zellen darüber, ob sich bei der hohen Sequenzhomologie der α-Ketten des Typ IV Kollagens eine Erkrankung entwickelt oder nicht (21). Literatur: 1. Alport AC: Hereditary familial congenital haemorrhagic nephritis. Br Med J 1: 504-506, 1927 2. 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Gross Medizinische Klinik I (Direktor: Prof. Dr. M. Weber) Kliniken der Stadt Köln, Krankenhaus Merheim Medizinische Fakultät der Universität zu Köln Ostmerheimer Str. 200 51109 Köln Tel. 49-221-8907-3200 Fax. 49-221-8907-3335 e-mail: [email protected] www.alport.de Diagnosekriterien Alport Syndrom Häufigkeit der Symptome - 1) pos. Familienanamnese (Hämaturie) Familienanamnese: 85% mit/ohne Progression zu terminalem Nierenversagen Hämaturie: 100% - 2) progrediente Innenohrschwerhörigkeit 75% - 3) Augenveränderungen (Lentikonus, Fundus albipunctatus) 20-45% - 4) charakt. ultrastrukturelle Veränderungen der glom. Basalmembran 100% Aufsplitterung/ Lammellierung, Verdickung, Verdünnung - neue Kriterien: - diffuse Leiomyomatose des Ösophagus 1 -2% - COL4A5, COL4A3/A4 Mutationen nachweisbar in 40%-70% Diagnosekriterien familiäre benigne Hämaturie - pos. Familienanamnese (Hämaturie) mit Progression zu terminalen Nierenversagen - Innenohrschwerhörigkeit - Augenveränderungen (Lentikonus, Fundus albipunctatus) - charakt. ultrastrukturelle Veränderungen der glom. Basalmembran Aufsplitterung und Verdünnung - neue Kriterien: - COL4A3, COL4A4 Mutationen bzw. Linkage Abb. 1 Diagnosekriterien, modifiziert nach Flinter et al. (3) Häufigkeit der Symptome >90% 5-15% 5-15% <5% 100% >50% Abb. 2 Dreidimensionale Struktur des Typ IV Kollagens. Gen Chromosom Protein Vorkommen COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6 13q34 13q34 2q35-q37 2q35-q37 Xq22 Xq22 α1(IV) α2(IV) α3(IV) α4(IV) α5(IV) α6(IV) ubiquitär alle Basalmembranen ubiquitär alle Basalmembranen Niere, Lunge, Auge, Ohr, Testes Niere, Lunge, Auge, Ohr, Testes Niere, Lunge, Auge, Ohr, Haut Niere, Lunge, Auge, Ohr, Haut Abb. 3 Typ IV Kollagen-Gene, Lokalisation und Expression des Genproduktes Krankheit Gen Mutationsart Häufigkeit TNI (juvenil) De novo X-Alport COL4A5 GlyXY-Missense Frameshift Large rearrangements Nonsense Donor splice site Acceptor splice site In frame X-Alport und COL4A5 5' deletion Leiomyomatose und COL4A6 40% 20% 15% 7,5% 7,5% 7,5% 2,5% <2% 66% >95% >95% >95% >95% 63% >80% >95% AR-Alport COL4A3 Insertion, Frameshift, Nonsense Deletion, Nonsense, Missense nd >95% nd nd >95% nd Deletion, Missense nd < 10% (adulte Form) nd COL4A4 AD-Alport FBH Abb. ?? COL4A4/ COL4A3 5,5% (10-)15% (10-)15% (10-)15% (10-)15% (10-)15% nd nd 4 Molekulargenetische Charakteristika in Korrelation zum Zeitpunkt des terminalen Nierenversagens (TNI) und Anzahl der de novo Mutationen beim X-chromosomalen, autosomal-rezessiven (AR) und autosomal-dominanten (AD) Alport Syndrom und der familiären benignen Hämaturie (FBH) (Daten von mehr als 300 Mutationen (8) 100 % Niereninsuffizienz 80 % Männliche Patienten (n=312) Weibliche Carrier (n=287) 60 % 40 % 20 % 0% 0 20 40 60 80 Alter in Jahren Abb. 5 Altersbezogenes kumulatives Erreichen der terminalen Niereninsuffizienz bei männlichen Patienten mit X-chromosomalem Erbgang und Wahrscheinlichkeit der chronischen Niereninsuffizienz bei weiblichen Überträgerinnen des X-chromosomalen Alport Syndroms (Daten modifiziert nach den gemeinsamen Ergebnissen der Arbeitsgruppe "European Communities Alport Syndrome Concerned Action", ECASCA) (11, 18) 100% 75% 50% 25% 0% 0 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 50 Alter bei Erreichen der terminalen Niereninsuffizienz trunctated protein (large rearrangement, premature stop, frameshift), donor splice site and NC1-domain, n=92 altered protein structure (Glycine-XY exon 21-47, missense, in frame mutations) and acceptor splice site, n=57 Glycine-XY mutations involving exons 1-20, n=20 Abb. 6 Altersbezogenes kumulatives Erreichen der terminalen Niereninsuffizienz bei männlichen Alport-Patienten mit X-chromosomalen Erbgang in Abhängigkeit von der Art der pathogenen Mutation (8) Abb. 7 Überleben der Alport-Mäuse bis zum terminalen Nierenversagen unter medikamentöser Therapie. * entspricht p<0,01
